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CONTENIDO
1 RESTRICCIONES DEL SUELO PARA USAR EQUIPOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA ...................2
2 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS QUE SE DETERMINAN MEDIANTE EL USO DE LOS EQUIPOS ...2
2.1 SPT ............................................................................................................................................................2
2.2 PERFORACIÓN DIAMANTINA ............................................................................................................3
2.3 CONO DINÁMICO PESADO .................................................................................................................3
2.4 CONO DINÁMICO LIGERO ..................................................................................................................3
3 CORRELACIONES ENTRE DISTINTOS EQUIPOS ....................................................................................3
3.1 SPT-CONO DINÁMICO PESADO .........................................................................................................3
3.2 SPT-DPL ...................................................................................................................................................3
4 ILUSTRACIONES FOTOGRÁFICAS DE LA EXPOSICIÓN ......................................................................3
5 ANÁLISIS DE DATOS ...................................................................................................................................5
5.1 EXPLORACION CON DPL ....................................................................................................................5
5.2 EXPLORACIÓN CON SPT .....................................................................................................................5
6 REALIZAR UNA EXCAVACIÓN DE 3 METROS .......................................................................................6
6.1 UBICACIÓN ............................................................................................................................................6
6.2 MUESTREO IN SITU DE LOS ESTRATOS ENCONTRADOS ...........................................................6
6.3 PROFUNDIDAD CONVENIENTE PARA CIMENTAR EDIFICIO DE 3 PISOS MEDIANTE
PÓRTICOS DE LUZ DE 5 M ........................................................................................................................8
6.4 PANEL FOTOGRAFICO DE LA EXCAVACION .................................................................................8
6.5 REGISTRO ESTRATIGRÁFICO ..........................................................................................................10
6.6 ESTIME LA CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO ......................................................................10
7 REFERENCIAS .............................................................................................................................................10
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LABORATORIO N°1: EXPLORACIONES GEOTÉCNICAS
De la Torre Tello, Roberto Vladimir 20114042I
Echevarría Gonzales, Carlos Eduardo 20091085I
Escalante Mariño, Daniel 20091035A
Fernandez Sañudo, Gustavo Ramiro 20114050A
Gaspar Figueroa, Joel Klinton 20112021D
Facultad de Ingeniería Civil Universidad Nacional de Ingeniería
RESUMEN: El presente informe de laboratorio se
basa en las pruebas hechas en clase, en la cual se vio el procedimiento de un ensayo SPT y un ensayo DPL. El tipo de suelo sobre el que se hizo el ensayo es arenoso, y aunque el ensayo SPT solo se hizo para el primer metro, el valor de N obtenido nos da cierta información sobre el comportamiento del estrato, que también se relaciona con el otro ensayo DPL. Aparte, se hizo una exploración de campo manual para poner en práctica los conocimientos adquiridos y clasificar los estratos de suelos; se presentan los datos hallados y la propuesta para cimentar una edificación con las dimensiones requeridas.
1 RESTRICCIONES DEL SUELO PARA USAR EQUIPOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA
El ensayo SPT es por naturaleza simple y puede ser intercalado con facilidad en cualquier sondeo de reconocimiento. Puede ejecutarse en casi cualquier tipo de suelo, incluso en rocas blandas o meteorizadas. Los resultados de la prueba, difundida ampliamente en todo el mundo, se correlacionan empíricamente con las propiedades específicas in situ del terreno. Existe una abundante bibliografía a este respecto. La gran mayoría de datos y correlaciones corresponden a terrenos arenosos. La presencia de gravas complica la interpretación, cuando no impide su realización.
En resumen, el ensayo resulta apropiado para
terrenos en los que predomina la fracción arena, con reserva tanto mayor cuanto mayor es la proporción de la fracción limo-arcilla o de fracción grava.
2 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS QUE SE DETERMINAN MEDIANTE EL USO DE LOS EQUIPOS
La norma E 050 nos muestra los parámetros obtenidos de acuerdo a los diferentes ensayos:
Tabla 2.1 Aplicación y límite de los ensayos según
Norma
2.1 SPT
Permite obtener muestras representativas alteradas que nos ayuden a determinar las características, espesor y estratificación de los materiales que se encuentran en el subsuelo, así como también permite conocer la resistencia a la penetración en función al número de golpes de los diferentes estratos que conforman el subsuelo a diversas profundidades.
Con este ensayo obtenemos el parámetro N:
Numero de golpes por cada 0.30 m de penetración en el ensayo estándar.
Este ensayo no debe ejecutarse en el fondo de
calicata, debido a la perdida de confinamiento. No se recomienda para suelos aluvionales, aluviales y gravosos. Sobre todo es útil para suelos arenosos, limo arenoso, areno limosos, arcillas.
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Este método es utilizado extensamente en una gran variedad de proyectos geotécnicos de exploración.
2.2 PERFORACIÓN DIAMANTINA
La perforación diamantina utiliza un cabezal o broca diamantada, que rota en el extremo de las barras de perforación (o tubos). El cabezal diamantado gira lentamente con suave presión mientras se lubrica con agua para evitar el sobrecalentamiento. La profundidad de perforación se estima manteniendo la cuenta del número de barras de perforación que se han insertado en la perforación.
Este ensayo en especial es aplicado a la
perforación de macizos rocosos. Es el método más útil para la obtención de muestras para inspección visual de los macizos rocosos, análisis, interpretación geológica, etc.
2.3 CONO DINÁMICO PESADO El uso de este equipo está especialmente indicado
para suelos granulares. Su empleo permite determinar la resistencia a la penetración dinámica de un terreno,
evaluar la compacidad de un suelo granular. Cuando el suelo contenga partículas de un tamaño superior a 6 mm que pueden obstaculizar la penetración del cono en el terreno, el resultado de la prueba puede no ser representativo. También permite investigar la homogeneidad o anomalías de una capa de suelo y comprobar la situación con detenimiento de una capa cuya existencia se conoce.
Representa el rango medio de masa pesada y
masa muy pesada; la profundidad de investigación generalmente es no mayor que 25 m aproximadamente. Emplea un martillo de 50 kg.
El parámetro obtenido de este ensayo es n:
Numero de golpes por cada 0.10 m de penetración.
2.4 CONO DINÁMICO LIGERO Es un ensayo útil para determinar la resistencia a
la penetración dinámica de un suelo, evaluar la compacidad en suelos granulares, investigar la homogeneidad o anomalías de una capa de suelo y comprobar la situación en profundidad de una capa cuya existencia se conoce. Además permite una medida continua de la resistencia o deformabilidad del terreno. Este ensayo no reemplaza al SPT y siempre va combinado con calicata.
No se recomienda la realización de este ensayo en
suelos gravosos, niveles cementados o pre consolidado, rellenos de bloques y fragmentos gruesos. Es recomendable aplicarlo en suelos arenosos o suelos arcillosos.
Representa el más bajo rango de masa de
penetrómetro dinámico usado mundialmente; la profundidad de investigación, para obtener resultados
confiables es de 8 m aproximadamente. Emplea un martillo de 10 kg.
El parámetro obtenido de este ensayo es n:
Numero de golpes por cada 0.10 m de penetración mediante auscultación DPL.
3 CORRELACIONES ENTRE DISTINTOS EQUIPOS
3.1 SPT-CONO DINÁMICO PESADO
Segú estudios realizados, se llegó a la relación: Para arenas y gravas
Para arcillas
Figura 3.1.1 Ejemplo correlación entre ensayo SPT y Cono dinámico pesado para una arena.
3.2 SPT-DPL
El valor de N (SPT) es determinado a partir de la relación planteada por el Ing. A. Martínez V. en el XIII Congreso de Ingeniería Civil (Puno, 1990) el cual permite determinar el valor N cuando se usa penetrómetros de dimensiones y energía distinta.
1122
2211
eAHW
eAHWNN DPLSPT
Dónde: NSPT = Número de golpes por 30 cm. del SPT. NDPL = Número de golpes por 10 cm. del DPL. W1, W2 = Peso del martillo. H1, H2 =Altura de caída. A1, A2 =Área de Sección Transversal. e1, e2 =Distancia de Penetración.
4 ILUSTRACIONES FOTOGRÁFICAS DE LA EXPOSICIÓN
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Figura 4.1 Inicio de la explicación del ingeniero del ensayo SPT.
Figura 4.2 Herramientas y accesorios empleados en el ensayo SPT.
Figura 4.3 Medición de la caña partida cada 15 cm para iniciar el ensayo. La caña partida recupera muestra del
suelo explorado.
Figura 4.4 Se extrae manualmente (posteadora manual) los primeros 55 cm de suelo, ya que para el ensayo SPT
se necesita una profundidad de 1 m.
Figura 4.5 Terminado la perforación manual, se procede a elevar la maza y colocar el tubo para iniciar el ensayo.
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Figura 4.6 Se marca el tubo cada 15 cm para guiarse al momento de hacer los golpes y se inicia el ensayo.
Figura 4.7 Terminado el ensayo, procedemos a rescatar la caña partida y a describir el suelo encontrado en base
a su color, uniformidad, etc.
5 ANÁLISIS DE DATOS 5.1 EXPLORACION CON DPL
En el ensayo DPL realizado, se utilizó una maza de
10 kg que cae desde una altura de 50 cm; y se mide el número de golpes necesarios para la penetración de 10 cm de suelo.
Los datos hallados en campo se muestran en la
Tabla 5.1.
Tabla 5.1 Valores obtenidos en el laboratorio
PROFUNDIDAD (cm) N°GOLPES
10 1
20 2
30 3
40 6
50 5
60 5 Entonces:
Gráfico 5.1.1 Profundidad vs número de golpes en el ensayo DPL
5.2 EXPLORACIÓN CON SPT
Tabla 5.2.1 Datos obtenidos en laboratorio
PROFUNDIDAD (cm) N°GOLPES
70 -
85 7
100 10
Entonces:
El valor de N ha sido ampliamente estudiado y
tiene muchas correlaciones (la mayoría empíricas) con ciertos parámetros y propiedades del suelo; es decir, con base al valor N se pueden obtener otras características del suelo en estudio.
Veamos cómo se relaciona el valor N con la
compacidad y la densidad relativa.
0
2
4
6
8
0 20 40 60 80N
° G
OLP
ES
PROFUNDIDAD (cm)
PROFUNDIDAD VS N°GOLPES
DPL
6
Tabla 5.2.2 Relación para suelos no cohesivos.
Ya que el N =17, entonces:
Para N=17, por interpolación:
6 REALIZAR UNA EXCAVACIÓN DE 3 METROS
6.1 UBICACIÓN
País : Perú Departamento : Lima Provincia : Lima Distrito : Rímac Lugar : Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica – UNI Descripción : El punto de estudio está ubicado a aproximadamente 3 metros de la losa deportiva de la FIEE.
Figura 6.1.1 Alumnos Echevarría y De la Torre al lado del lugar de excavación.
Figura 6.1.2 Calicata terminada.
6.2 MUESTREO IN SITU DE LOS ESTRATOS ENCONTRADOS
Se encontraron cuatro estratos en la excavación: 0.00-0.30 m RELLENO
Presencia de ladrillos y materiales inorgánicos.
Figura 6.2.1 Vista del estrato de relleno dentro de la calicata.
0.30-1.00 m POSIBLE LIMO ML
Se encontró un estrato de limo o arcilla
sobreconsolidado (figura 6.2.3) con presencia de plasticidad.
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Figura 6.2.2 Muestra de limo sacada de la exploración.
Figura 6.2.3 Integrante del grupo con una muestra de limo sobreconsolidada.
1.00-1.60 m SUELO GW
Presencia de una matriz arenosa de baja humedad
y sin plasticidad. También presencia de bolonería de hasta 3”.
Ver figura 6.2.4
Figura 6.2.4 Muestra del tercer estrato hallado, suelo GW.
1.60-3.00 m SUELO GP
Presencia de bolonería de hasta 12”.
Figura 6.2.5 Muestra de suelo GP, último estrato hallado.
Figura 6.2.6 Bolonería de hasta 12” en el último estrato.
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6.3 PROFUNDIDAD CONVENIENTE PARA CIMENTAR EDIFICIO DE 3 PISOS MEDIANTE PÓRTICOS DE LUZ DE 5 M
Por la teoría hecha en clases, un pórtico de luces
de hasta 5 m transmite aproximadamente una carga de 25 a 30 toneladas por piso y por columna. Es decir, un edificio de 3 pisos transmitiría una carga de 90 toneladas a la zapata.
Considerando que la zapata será aislada de
aproximadamente 2 m de largo y ancho, el incremento de carga transmitido al suelo será de aproximadamente 23 ton/m
2.
Lo más apropiado será cimentar la edificación
sobre el estrato gravoso GP encontrado al final de la excavación, o sea a una profundidad de 1.60 m, ya que
generalmente su capacidad de carga admisible es mayor a 30 ton/m
2. Esto se verificará en la sección 6.6.
6.4 PANEL FOTOGRAFICO DE LA EXCAVACION
Figura 6.4.1 Inicio de la excavación.
Figura 6.4.2 Integrante del grupo Escalante con avance de excavación de aprox 0.5 m.
Figura 6.4.3 Alumno Gaspar Figueroa cuando excavación alcanza 1.80 m de profundidad.
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Figura 6.4.4 Alumno Gaspar dentro de excavación. Profundidad: 2.00 m.
Figura 6.4.5 Alumno Echevarría al lado de excavación con profundidad de 2.50 m aproximadamente. Se puede observar el material de los estratos inferiores a los lados
de la calicata.
Figura 6.4.6 Alumno Fernandez al lado de la calicata terminada. Profundidad: 3.00 m.
Figura 6.4.7 Medición de la profundidad de la calicata y de los estratos hallados.
Figura 6.4.8 Vista de la calicata. Se ve el primer estrato
de relleno, seguido del estrato arcilloso limoso y el estrato de grava GW.
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Figura 6.4.9 Cierre de la calicata una vez acabado el muestreo.
Figura 6.4.10 Alumno De la Torre con la calicata debidamente cerrada.
6.5 REGISTRO ESTRATIGRÁFICO
Tabla 6.5.1 Registro estratigráfico.
6.6 ESTIME LA CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO
Como lo vimos en la sección 6.3, una edificación
con luces de hasta 5 m transmitirá una carga aproximada de 90 toneladas. Para hallar la capacidad de carga del suelo, consideraremos una zapata cuadrada de ancho B=2m, ya que es más común y de fácil construcción.
Figura 6.6.1 Esquema de cimentación propuesta
La capacidad última de carga para una cimentación con zapata cuadrada viene dado por la expresión:
Para φ=32° → Nq = 23.18
Nγ = 30.22
Entonces:
( ) ( ) ( ) Por último: ( )
Carga transmitida por la estructura: 23 ton/m
2 < 41
ton/m2 OK!
7 REFERENCIAS
[1] Reglamento Nacional de Edificaciones. Tomo 2 Estructuras, Ed. ICG, 3ra edición. Lima, Perú 2006.
[2] M. Das, Braja, “Fundamentos de ingeniería geotécnica” Ed. Thomson Learning, Ed 2011.
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